2 Mărimi, unități de măsură și relații de conversie

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "2 Mărimi, unități de măsură și relații de conversie"

Ποσειδώνιος Δελή
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 2 Mărimi, unități de măsură și relații de conversie Lucrarea de laborator prezintă principalele mărimi, unități de măsură și relațiile de conversie a acestora utilizate în termotehnică și în studiul ciclurilor de funcționare ale mașinilor termice. Scopul lucrării este însuşirea principalelor mărimi, unități de măsură și relațiile de conversie ale acestora. 2.1 Mărimi și unități de măsură În România, Sistemul Internaţional (SI) de unităţi este singurul legal, reglementat prin legislaţie şi prin standarde. Este totuși permis, ca în anumite condiţii, să fie utilizate și alte unităţi aflate în afara sistemului internaţional. Marea majoritate a statelor lumii a adoptat Sistemul Internaţional de unităţi ca sistem oficial de unităţi. Numai câteva state (precum Marea Britanie și SUA) menţin în continuare sistemul anglo-saxon de unităţi, în paralel cu SI. Mărimea este o proprietate a obiectelor, fenomenelor sau sistemelor care poate fi determinată cantitativ și deosebită calitativ [11]: sub aspect cantitativ pot exista mărimi determinate (concrete) care caracterizează individual un anumit obiect, fenomen sau sistem. Exemple: energia degajată prin arderea unei anumite cantități de combustibil, temperatura de solidificare a aurului etc. sub aspect calitativ pot exista mărimi care descriu proprietăți diferite (mărimi de naturi diferite), care se definesc în moduri diferite. Exemple: masă, energie, temperatură etc. Orice cantitate fizică poate fi caracterizată prin mărimi (dimensiuni) [3]. Unitatea de măsură este o proprietate standard ce descrie o cantitate fizică [12]. Membrii comunităților științifice și inginerești au depus eforturi pentru a unifica sistemele de unități de măsură, astăzi se folosesc două astfel de sisteme: sistemul anglo-saxon, cunoscut ca și United States Customary System (USCS) și sistemul metric SI, cunoscut ca și Sistemul Internațional (Le Système International d unités). Sistemul Internațional (SI) cuprinde două categorii de unități: unități fundamentale și unități derivate (tabelul 2.1) care formează împreună sistemul coerent de unități SI. Mărime fundamentală Tabel 2.1 Unități SI fundamentale 8 Unitate SI fundamentală Denumire Simbol Denumire Simbol Lungime L metru m Masă m kilogram kg Timp τ secundă s Intensitate curent electric I amper A Temperatură termodinamică T kelvin K Cantitate de substanţă n mol mol Intensitate luminoasă J candela cd Unităţile SI fundamentale sunt unităţile corespunzătoare sistemului bazat pe următoarele şapte mărimi fundamentale: metrul este lungimea spaţiului parcurs de lumină în vid într-un interval de timp de 1/ dintr-o secundă; kilogramul este egal cu masa prototipului internaţional al kilogramului; secunda este durata a perioade ale radiaţiei corespunzătoare tranziţiei dintre două nivele hiperfine a stării fundamentale a atomului de cesiu 133;

2 Termotehnică Sinteză lucrări de laborator amperul este intensitatea curentului care circulă prin două conductoare rectilinii paralele de lungime infinită, cu o secţiune circulară neglijabilă, aflate la o distanţă de 1 metru în vid şi între care se exercită o forţă de atracţie egală cu newton pentru fiecare metru de lungime; kelvinul reprezintă fracţia egală cu 1/273,16 din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei; molul este cantitatea de substanţă dintr-un sistem care conţine entităţi elementare egale cu numărul de atomi conţinuţi în 0,012 kg de carbon 12. La utilizarea molului, entităţile elementare trebuie specificate şi ele pot fi atomi, molecule, ioni, electroni, alte particule sau grupuri specificate de aceste particule; candela este intensitatea luminii într-o direcţie dată a unei surse care emite o radiaţie de frecvenţă monocromatică egală cu herți şi are o intensitate a radiaţiei în acea direcţie de 1/683 watt pe steradian [11, 13]. Unitățile SI derivate sunt acelea care se pot forma combinând unitățile fundamentale pe baza unor relații algebrice alese, care leagă mărimile corespunzătoare [13] și se împart în: unități derivate care se exprimă în funcție de unități fundamentale: metru pătrat: [m 2 ] ; metru pe secundă: [m/s]; kilogram metru pe secundă la pătrat: [kg m/s 2 ] ; kilogram pe metru cub: [kg/m 3 ] etc. unități derivate care se exprimă în funcție de unități fundamentale și care au denumire speciale: newton: [N = kg m / s 2 ]; joule: [J = N m = kg m 2 / s 2 ]; pascal: [Pa = N / m 2 = kg / (m s 2 )] etc. unități derivate care se exprimă în funcție de unități cu denumiri speciale și de unități fundamentale: newton pe metru pătrat: [N / m 2 ]; joule pe kilogram: [J / kg] etc. Pentru scrierea denumirilor unităților derivate s-au adoptat anumite prescripții: unitatea derivată care se definește prin produsul altor unități (fundamentale sau derivate) are denumirea formată din denumirile unităților respective, separate prin liniuță orizontală și simbolul se obține scriind simbolurile unităților componente separate prin punct: joule = watt secundă sau: [J = W s]; joule = newton metru sau: [J = N m]. unitatea derivată care se definește prin raportul altor unități (fundamentale sau derivate) au denumirea formată din denumirile unităților respective separate prin silaba pe : pascal = newton pe metru pătrat: [Pa = N / m 2 ]; metru pe secundă: [m / s]; joule pe kilogram: [J / kg]; joule pe kilogram - kelvin: [J / (kg K)] etc. unitățile care poartă numele unui savant se scriu cu literă mică, iar simbolul cu literă mare: newton: [N]; joule: [J]; kelvin: [K]; watt: [W] etc. [13]. Unitățile care nu se regăsesc în SI, dar se folosesc împreună cu acesta sunt prezentate în tabelul 2.2. Totalitatea unităților fundamentale, precum și a celor derivate, se constituie în sisteme de unități de măsură [14]. În tabelul 2.3 sunt prezentați multiplii și submultiplii unităților SI, care se formează prin adăugarea prefixelor corespunzătoare la denumirea unității și respectiv a simbolurilor acestor prefixe la simbolurile unităților. 9

3 Tabel 2.2 Unități utilizate împreună cu SI [15] Mărimea Unitatea Denumire Simbol Relația de transformare Minute min 1 min = 60 s Timp Oră h 1 h = 60 min Zi d 1d = 24 h Volum Litru L, l 1 l = 1 dm 3 Masa Tonă t 1 t = 1000 kg Tabel 2.3 Multiplii și submultiplii unităților SI [15] Factor Prefix Simbol = Yotta Y = Zeta Z = Exa E = Peta P = Tera T = 10 9 Giga G = 10 6 Mega M = 10 3 Kilo K 100 = 10 2 Hecto h 10 = 10 1 deca da 0,1 = 10-1 deci d 0,01 = 10-2 centi c 0,001 = 10-3 mili m 0, = 10-6 micro μ 0, = 10-9 nano n 0, = pico p 0, = femto f 0, = atto a 0, = zepto z 0, = yocto y 2.2 Relații de conversie Mărimile pentru masă, lungime și timp sunt: în SI: kilogram (kg), metru (m) și respectiv secunda (s); în sistemul anglo-saxon (unități englezești): pound-mass (lbm), foot (ft) și secunda (s). Simbolul pentru pound-mass este lbm, care provine de la abrevierea librei. Libra era unitatea pentru masă utilizată de romani [3]. Relațiile care se stabilesc între mărimile pentru masă și lungime în cele două sisteme de măsură sunt: 1lbm 0,45359 kg (2.1) 1ft 0,3048 m (2.2) 10

4 Termotehnică Sinteză lucrări de laborator Forța poate fi considerată o mărime derivată din legea a doua a lui Newton: Accelerația unui obiect produsă de o forță efectivă este direct proporțională cu această forță în aceeași direcție și invers proporțională cu masa acestuia [16]. Adică: F m a N (2.3) unde: F [N] este forța, m [kg] - masa și a [m/s 2 ] - accelerația. Newtonul (N) este unitatea de măsură a forței în SI, fiind definit astfel: forța necesară pentru a imprima o accelerație de 1 m/s² unui corp cu masa de 1 kg [17]. Unitatea de măsură a forței în sistemul englez este pound-force (lbf). Acesta este definit astfel: forța necesară pentru a imprima o accelerație de 1 ft/s² unui corp cu masa de 32,174 lbm (1 slug) [3]. Relațiile care se stabilesc între unitățile de forță sunt: m (2.4) 1 N 1 kg 2 s ft (2.5) 1lbf 32,174 lbm 2 s Lucrul mecanic este o formă de energie, fiind definit astfel: Lucrul mecanic efectuat de o forță constantă F, al cărei punct de aplicație se deplasează pe distanța dx, în direcția și în sensul forței, este egal cu produsul dintre modulul forței și modulul deplasării [18]. L F d J (2.6) x unde L [J] este lucrul mecanic, F [N] - forța și dx [m] - distanța. Unitatea de măsură în SI pentru lucru mecanic este joule (J): 1 J 1 N m (2.7) În sistemul anglo-saxon unitatea de măsură a energiei este Btu (British thermal unit) definită astfel: energia necesară pentru a crește temperatura unei cantități de 1 livră de apă aflată la temperatura de 68ºF cu 1ºF [3]. În sistemul metric caloria (cal) este definită ca fiind: energia necesară pentru a crește temperatura unui gram de apă aflată la temperatura de 14,5 ºC cu 1 ºC [3]. Relațiile care se stabilesc între diferitele unități de măsură a energiei sunt: 1cal 4,1868 J (2.8) 1Btu 1055,1 J (2.9) Un aparat electric ce are puterea de 1 kw consumă 1kWh de energie electrică atunci când funcționează cotinuu timp de o oră. Energia electrică este exprimată în kilowattoră (kwh) și este echivalentă cu: 1 kwh 3600 kj (2.10) Unitatea de măsură a puterii în SI este wattul (W), iar în sistemul anglo-saxon este calul-putere (eng. Horsepower - hp) și reprezintă cantitatea de energie transferată în unitatea de timp: 1W=1 J/s (2.11) 1 hp 746 W (2.12) Relațiile de conversie în Sistemul Internațional a diferitelor unități măsură sunt date în tabelele următoare. Tabel 2.5 Relații de conversie a unităților de lungime 1 m 1 cm 1 mm 1 in 1 ft 1 yd m 1 0,01 0,001 0,0254 0,3084 0,9144 Tabel 2.6 Relații de conversie a unităților de arie 1 m 2 1 cm 2 1 mm 2 1 in 2 1 ft 2 1 yd 2 m , ,0929 0,

5 Tabel 2.7 Relații de conversie a unităților de volum și capacitate 1 m 3 1 cm 3 1 dm 3 1 in 3 1 ft 3 1 yd 3 m , ,028 0,765 Tabel 2.8 Relații de conversie a unităților de forță 1 N 1 kgf 1 lbf N 1 9, , Tabel 2.9 Relații de conversie a unităților de presiune și eforturi 1 Pa = 1 N/m 2 1 kgf/m 2 1 mmh2o 1 at 1 kgf/cm 2 Pa = N/m 2 1 9, , , , Tabel 2.9 Relații de conversie a unităților de presiune și eforturi continuare 1 atm 1 bar 1 dan/cm 2 1 mbar 1 hpa Pa = N/m Tabel 2.9 Relații de conversie a unităților de presiune și eforturi continuare 1 mmhg 1 torr 1 lbf/ft 2 1 Psi 1 lbf/in 2 Pa = N/m 2 133, ,322 47, , ,757 Tabel 2.10 Relații de conversie a unităților de putere 1 W = 1 J/s 1 kw 1 CP 1 hp 1 Btu/h W = J/s ,5 745,7 0,293 Tabel 2.11 Relații de conversie a unităților de energie și lucru mecanic 1 J 1 kj 1 kwh 1 kgf m 1 cal J = W s , ,81 4,186 Tabel 2.11 Relații de conversie a unităților de energie și lucru mecanic - continuare 1 J 1 kcal 1 CPh 1 ft lbf 1 Btu J=W s 1 4, , , ,1 Tabel 2.12 Relații de conversie a unităților de masă 1 kg 1 g 1 t 1 kgf s 2 /m 1 lb (pound) kg , , Tabel 2.13 Relații de conversie a unităților de timp 1 s 1 min 1 h 1 zi 1 ms s

Σχετικά έγγραφα

SEMINAR FIZICA SEM 2. Unitati de masura.sisteme de referinta. Vectori.Operatori

SEMINAR FIZICA SEM 2. Unitati de masura.sisteme de referinta. Vectori.Operatori SEMINAR FIZICA SEM 2 Unitati de masura.sisteme de referinta. Vectori.Operatori SISTEME DE UNITĂŢI. SISTEMUL INTERNAŢIONAL DE UNITĂŢI (SI) Mărimi fundamentale Unităţi de măsură Sistemul de unităţi Lungimea